氢电池是将氢和氧通过催化活性很强的电极直接发电的电池,产物是水。它在军事上应用有三个优点,一是静噪;二是可产生持续电流;三是能量转换率高(超过80%,普通燃烧能量转换率30%多)。但现在氢电池还有一些局限,比如发电输出峰值功率不高,不能突然加速和保持高速等,因此,各国均在努力改善氢电池的不足,将其不断应用在新军事领域内。目前最成功的的氢电池推进武器是德国212和214型潜艇,同时美军也在加紧研制和实验各种氢电池武器。目前氢电池主要应用于飞机、汽车、潜艇、军舰、单兵装备、通信设备等需要持续能量供应的设备。
氢电池原理图
氢电池
一、德国212和214型AIP潜艇
德国212和214型潜艇有两个西门子PEM燃料电池,每个产生120kW的燃料电池,为潜水艇提供长达两周的水下续航能力,改变了柴油动力潜艇需要经常浮到海面燃烧柴油发电的劣势。船体优良的流体动力学造型和低噪音电池和螺旋桨,降低了潜艇的声学特征。
2002年3月212型潜艇研发启动,并于2005年10月开始投放军方,德国海军订购了四艘212型潜艇。2006年9月,德国海军又订购了两艘212型潜艇。意大利海采购了两艘212型潜艇。2008年8月,意大利政府又订购了另外两艘潜艇,并于2015年和2016年交付。色列海军订购了六艘海豚级U212潜艇,其中三艘已交付,另外两艘将于2014年交付。第六艘潜艇于2011年5月订购。希腊海军订购了四艘214型潜艇。韩国还订购了9艘214型。巴基斯坦同意购买三艘214型潜艇。2009年7月,土耳其签署了共同生产6艘214型潜艇的合同。
德国212型AIP潜艇
德国212型潜艇结构图,蓝色罐子为氢气罐
二、无人驾驶飞行器(UAV)
由电池供电的无人驾驶飞行器,通常用于军队遂行临时军事行动,无人飞行器可以发送回地面活动的实时图像,一般只能持续30分钟就需要充电。氢燃料电池可以将无人机空气时间增加到大约8小时,并且在着陆后,可以在不到15分钟内加油。此外,没有活动部件 - 这意味着燃料电池驱动的无人机需要更少的维护和零润滑剂。因此,氢电池具有比其它电池具有更高的军事价值。
使用氢电池的无人机,飞行时间大大加长,加燃料时间仅需几分钟。
三、海底无人驾驶车辆
海军美国海军研究实验室正在开发一种长航时海底无人驾驶车辆(UUV)。海军开始在UUV中使用燃料电池代替电池,以实现更大的有效载荷和更长的运行时间。他们最近完成了对马里兰州卡德洛克海军水面作战中心原型的评估。由于燃料电池结构紧凑,重量轻,可靠,因此能够长时间运行,海军密切关注长耐力车辆能源技术的进展。
海底无人驾驶车辆
四、轻型卡车
通用汽车与美国陆军合作开发氢燃料电池驱动的轻型实用卡车。ZH2以雪佛兰科罗拉多为基础,采用加强型车身,并配有悬挂系统,可用于越野驾驶。氢燃料电池散热和噪音小。,这与陆军想要减少声音和热的要求相符。这辆卡车装有50千瓦的电池,通过燃料电池充电,可以拆下来为其他应用提供动力。由于燃料电池中唯一的副产品是纯净水,因此ZH2还可以使士兵保持水分。陆军正在评估卡车在军事行动中的潜在用途。
通用雪弗莱氢电池汽车
五、可穿戴电力系统
美国陆军CERDEC理想的设备重量是一个人体重的30%,但有些士兵必须携带超过100磅的体重。为了减轻负荷,陆军正在考虑用燃料电池替代锂离子电池进行发电,从而将电池重量减少50%。这些用于拆卸的士兵的“可穿戴式动力系统”可以产生20瓦(W)的连续输出和35W的峰值功率。为了帮助这项工作,美国能源部(DOE)正在努力降低氢化铝的成本 - 氢化铝是一种很有前途的材料,可用于储存氢气以用于这些便携式燃料系统。
美国单兵可穿戴电力系统,比锂电池轻50%
未来,氢电池在峰值输出功率和体积的改善,将促进氢电池在军事领域具有更广阔的应用。当然其在民事汽车的应用上前景更加广阔,将取代油和其他电池汽车。